1、1 第四章第四章 气体与蒸气的热力过程气体与蒸气的热力过程本章基本要求本章基本要求 熟练掌握熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程定容、定压、定温、绝热、多变过程中中状态参数状态参数p、v、T、u、h、s的计算，过程量的计算，过程量Q、W的的计算，以及上述过程在计算，以及上述过程在p-v 、T-s图上的表示。图上的表示。 掌握往复式压气机工作原理，及其计算。掌握往复式压气机工作原理，及其计算。目的目的: 研究外部条件对热能和机械能转换的影响，通研究外部条件对热能和机械能转换的影响，通过有利的外部条件，达到合理安排热力过程，提高过有利的外部条件，达到合理安排热力过程，提高热能和机械能转换效率的
2、目的。热能和机械能转换效率的目的。一一. .研究热力过程的一般方法研究热力过程的一般方法 根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种根据实际过程的特点，将实际过程近似地概括为几种典型过程：典型过程：定容、定压、定温定容、定压、定温和和绝热过程绝热过程。 不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为不考虑实际过程中不可逆的耗损，视为可逆过程可逆过程。 工质视为工质视为理想气体理想气体 比热容取比热容取定值定值实际过程是一个复杂过程，很难确定其变化实际过程是一个复杂过程，很难确定其变化规律，一般需要作些假设：规律，一般需要作些假设：4.1 4.1 理想气体的热力过程：理想气体的热力过程：The ther
3、modynamics process of the ideal-gas二二.研究热力过程的基本任务研究热力过程的基本任务(1).根据过程特点，确定过程中状态参数的变化规律，根据过程特点，确定过程中状态参数的变化规律，列出列出过程方程式过程方程式；(2).根据已知初态参数，确定其他初态参数；根据已知初态参数，确定其他初态参数；(3).根据已知终态参数，确定其他终态参数；根据已知终态参数，确定其他终态参数；(4).根据热力学基本定律及工质的性质确定过程中的能根据热力学基本定律及工质的性质确定过程中的能量转换关系。量转换关系。三三. .研究热力学过程的依据研究热力学过程的依据2) 2) 理想气体状理
4、想气体状态方程态方程p pvv( ) ( )cpvRTccRkcuf Thf T3)3)可逆过程可逆过程t wpdvwvdp qTds 1) 1) 第一定律第一定律tqduwdhwswzgchq221稳定流动能量稳定流动能量方程方程4.1.1 4.1.1 定容过程：定容过程：The Constant-Volume Process比体积比体积保持不变时系统状态发生变化所经历的过程保持不变时系统状态发生变化所经历的过程1 1、过程方程式、过程方程式0dvvconst2 2、初、终状态参数、初、终状态参数121212TTppvv2211vuuc dT2211phhc dT22221111lnlnvv
5、TvdTsscRcTvT3 3、各种能量：、各种能量：0pdvw膨胀功：膨胀功：热量：热量：21quwuuu 即即系统接受的热量全部用于增加系统的热力学能。系统接受的热量全部用于增加系统的热力学能。当比热为定值时：当比热为定值时： 1 22121()vquuc TT技术功（轴功）技术功（轴功）)(d2121sppvpvwv()?dTdssTvppvTcpvv4 4、定容过程的、定容过程的p-v, ,T-s图图vTdsc dTpdv4.1.2 4.1.2 定压过程：定压过程：The Constant-Pressure Process压力压力保持不变时系统状态发生变化所经历的过程保持不变时系统状态
6、发生变化所经历的过程 1 1、过程方程式、过程方程式0dppconst2 2、初、终状态参数、初、终状态参数121212TTvvpp22221111lnlnppTpdTsscRcTpT2211vuuc dT2211phhc dT3 3、各种能量：、各种能量：0vdpwt技术功：技术功：膨胀功：膨胀功：2121()()wpdvp vvR TT热量：热量：21tqhwhhh 即即定压过程中，气体的定压过程中，气体的技术功为技术功为0 0；其；其膨胀功全部膨胀功全部用以支付维持流动所必需的用以支付维持流动所必需的流动净功，流动净功，吸入的热量等吸入的热量等于焓的增量。于焓的增量。p()?dTds4
7、4、定压过程、定压过程p-v, ,T-s图图pTdsc dTvdppTcsTvppp4.1.3 4.1.3 定温过程：定温过程：The Constant-Temperature Process 1 1、过程方程式、过程方程式pvconstTconst2 2、初、终状态参数、初、终状态参数12TT 21uu21hh2221211112lnlnlnlnvTvvpsscRRRTvvp1122vpvp温度温度保持不变时系统状态发生变化所经历的过程保持不变时系统状态发生变化所经历的过程3 3、各种能量：、各种能量：sTvvRTdvvRTpdvw12ln膨胀功：膨胀功：wsTppRTdppRTvdpwt2
8、1ln技术功：技术功：热量：热量：22111112dlnlntvpquwhwp v RTRTvp 即即定温过程中，气体吸入的定温过程中，气体吸入的热量热量全部转化为全部转化为膨胀功膨胀功，且且全部全部是可以利用的是可以利用的技术功。技术功。T()?dpdv4 4、定温过程、定温过程p-v和和T-s图图sTvpppv p0pdvvdpvvTT4.1.4 4.1.4 绝热过程：绝热过程：The Adiabatic Process 系统与外界不发生系统与外界不发生热量交换热量交换时所经历的过程时所经历的过程。 对于无功耗散的准静态绝热过程即为定熵过程，因对于无功耗散的准静态绝热过程即为定熵过程，因此
9、有：此有： 1 1、过程方程式、过程方程式00qq 根据热力学第一定律：根据热力学第一定律：0vqc dTpdv 将理想气体方程：将理想气体方程：pvRT的全微分形式带入上式的全微分形式带入上式pdvvdppdvvdpRdTdTR 00pvdvdpc pdvc vdpkvp即1 122kkp vp v11111 1221 1221122kkkkkkkkp vp vTvT vT pT p11()()pvpv vRT v 常量有有常量1111vTTv可得可得11()pRTpvvpp常量又由又由常量)1(11)1(pTpT得到得到)(2112vvpp1 1kkpvpv常量由由/)1(1212)(pp
10、TT12112)(vvTT2 2、初、终状态参数、初、终状态参数22110qssT2211vuuc dT2211phhc dT3 3、各种能量：、各种能量：00qs 21vwquuc dT 热量热量体积功和内能体积功和内能当比热为定值时：当比热为定值时：1212121 1221()()()-1-1vRwuuc TTTTp vp vkk(1)/21 1111 ()1kkpp vkp1212()()vvcc TTRTRTR因为：因为：vppvcRcckc1vRck21tpwqhhc dT 技术功技术功当比热为定值时：当比热为定值时：12()tpwc TTvppvcRcckc1pkRck1 1221
11、121()11 ()1tkwp vp vkkRTpkptwkw可见：可见：4 4、绝热过程、绝热过程p-v和和T-s图图斜率斜率= =？sdpkpdvv pv221Ts221kkppTT11212)(0dpdvkpvT()?dpdvpv定熵线要陡一些定熵线要陡一些 四种典型热力过程四种典型热力过程 p-v图和图和T-s图图STSTdvdpdvdpvpkdvdpvpdvdpVpVVppdsdTdsdTcTdsdTcTdsdT0n sTvpp0n pn n vv1n TT1n nksnks4.1.5 4.1.5 多变过程：多变过程：（Polytropic process) 1 1、过程方程式、过程
12、方程式constpvnn多变指数多变指数每一过程有一每一过程有一 n n 值值(1) (1) 当当 n = 0 Cpconstpv0(2) (2) 当当 n = 1CTconstpv1(3) (3) 当当 n = k kpvconstsC(4) (4) 当当 n = 1np vconstvC基本过程是多变过程的特例基本过程是多变过程的特例pTsv2 2、初、终状态参数、初、终状态参数3 3、各种能量：、各种能量：nvvpp)(211212112)(nvvTTnnppTT11212)(2211vuuc dT2211phhc dT121212121212lnlnlnlnlnlnppcvvcppRT
13、TcvvRTTcsvppv)(1 11121nnppnRTw12()1RwpdvTTn膨胀功膨胀功twnw)(1 11121nntppnnRTw技术功技术功热量：热量：211221dvpuuq2121()()1vRc TTTTn1 221()1vnkqcTTn12()1RwpdvTTn1 221()1vnqcTTn因为：因为：1qknwk()(1)qnkkw可见，可见，多变指数与多变指数与k k和和q/wq/w有关。有关。4 4、多变指数的确定：、多变指数的确定：（1 1）、等端点多变指数）、等端点多变指数已知过程线上的两点状态参数已知过程线上的两点状态参数（p p1 1,v,v1 1）和（）
14、和（p p2 2,v,v2 2）则多变指数为：则多变指数为：1 1222121lnlnlnlnnnp vp vppnvv （2 2）、等功法多变指数）、等功法多变指数 从过程始点假设一条多变过程线，使之纵轴（从过程始点假设一条多变过程线，使之纵轴（p p）所围的面积与实际过程线的与所围的面积与实际过程线的与p p轴所围的面积相等，轴所围的面积相等，由此求出的多变指数称为等功法多变指数由此求出的多变指数称为等功法多变指数（3 3）、用实际过程）、用实际过程lglgp-p-lglgv v坐标图法。坐标图法。 将实际过程的多点画在将实际过程的多点画在lglgp-p-lglgv v图上，然后用一条图上
15、，然后用一条直线拟合为过程线，这条线的斜率就是多变指数。直线拟合为过程线，这条线的斜率就是多变指数。lglgpnvconst（4 4）、利用）、利用p-vp-v图面积对比计算图面积对比计算 twnw4.2 4.2 蒸气的热力过程：蒸气的热力过程：The thermodynamics process of the steam一一. .研究蒸气热力过程研究蒸气热力过程任务：任务： 确定确定初终初终态参数，态参数， 计算过程中的计算过程中的功功和和热热 在在p-vp-v、T-sT-s、h-sh-s图上表示图上表示注意：蒸气注意：蒸气过程与过程与理想气体理想气体过程的过程的区别区别第一定律与第二定律表
16、达式均成立第一定律与第二定律表达式均成立理想气体特有的性质和表达式不能用理想气体特有的性质和表达式不能用准静态准静态wpdvtwvdp 可逆可逆qTdstqdhwqduwhupvpvRT22p11lnlnTpscRTp pvccR( )uf T( )hf Tp1kcRkv11cRk二二.研究蒸气热力过程的一般步骤研究蒸气热力过程的一般步骤(1).根据已知的两个独立的初态参数根据已知的两个独立的初态参数（p,t）, （p,x） , （ t, x ） 等从图表上查出其他状态参数；等从图表上查出其他状态参数；(2). 由初态，过程特征和终态的一个已知参数确定终由初态，过程特征和终态的一个已知参数确定
17、终态，并利用图表查出其他状态参数；态，并利用图表查出其他状态参数；(3).将查得的初，终态参数带入有关公式计算热量，功将查得的初，终态参数带入有关公式计算热量，功量等能量交换。量等能量交换。三三.蒸气的四个基本热力过程蒸气的四个基本热力过程四个基本热力过程四个基本热力过程：定容，定压，定温：定容，定压，定温和和绝热绝热hsT12pv1、定容过程、定容过程 v1=v2, ,于是可得：于是可得：0d2121vpw2121()twvdpv pp2121121()()quuhhv pp 2 2、定压过程、定压过程 p1=p2, ,于是可得：于是可得：21 21211()wpdvp vv21()qhhu
18、qw210twvdp 3 3、定温过程、定温过程 T1=T2,于是可得：于是可得：wqu)()()(112212121vpvphhssT21211()qTds T ss 4 4、定熵、定熵( (绝热可逆绝热可逆) )过程过程 s1=s2, ,于是可得：于是可得：)()(1122122121vpvphhuuw0qTds12twhhh 注意：水蒸气注意：水蒸气常数pv其中其中vpcc为经验数字为经验数字过热蒸汽过热蒸汽 =1.3饱和蒸汽饱和蒸汽 =1.135湿蒸汽湿蒸汽 =1.035+0.1x或或1221lnlnvvpp水蒸气水蒸气122111vTvT ? 4.3 4.3 湿空气热力过程：湿空气热
19、力过程： 工程中湿空气的热力过程主要有工程中湿空气的热力过程主要有： 加热或冷却加热或冷却. .绝热加湿绝热加湿. .冷却去湿冷却去湿. .增压冷凝增压冷凝 计算过程的计算过程的依据：依据： 焓湿图；焓湿图； 稳定流动能量方程；稳定流动能量方程； 质量守恒方程。质量守恒方程。 湿空气热力过程的分析，主要讨论湿空气的状湿空气热力过程的分析，主要讨论湿空气的状态变化，及其与外界的能量交换情况。态变化，及其与外界的能量交换情况。swzgchq2214.3.1. 4.3.1. 加热或冷却过程：加热或冷却过程： 单纯单纯加热或冷却过程加热或冷却过程d不变，不变，p不变不变1 12 2qdh12121 1
20、2 222加热加热1 221kJ/kgqhh干空气放热放热1 221kJ/kgqhh干空气hh4.3.2. 4.3.2. 绝热加湿过程：绝热加湿过程： 在在绝热绝热的条件下，向空气中喷水使空气的条件下，向空气中喷水使空气含湿量含湿量增加的过程称为湿空气的增加的过程称为湿空气的绝热加湿过程。绝热加湿过程。 绝热加湿过程中，单位质量干空气的湿空气吸收绝热加湿过程中，单位质量干空气的湿空气吸收的水分为的水分为d2d1，湿空气的，湿空气的焓增焓增为水分带入的能量，为水分带入的能量，即即 过程特点：过程特点： 过程进行时蒸发的水分所需的热量全部来自湿空过程进行时蒸发的水分所需的热量全部来自湿空气本身，因
21、而温度下降。气本身，因而温度下降。2121w()1000ddhhh2121w()1000ddhhhdh112式中：式中：hw为水的焓为水的焓。因为水因为水分 带 入 湿 空 气 中 的分 带 入 湿 空 气 中 的 能 量能 量0.001(d2d1) hw与湿空气的与湿空气的焓焓h1、h2相比很小，可忽略相比很小，可忽略不计，即不计，即12hh 绝热加湿过程中，水分蒸发生成水蒸气需从绝热加湿过程中，水分蒸发生成水蒸气需从空气中吸收汽化潜热，使得湿空气的温度降低，空气中吸收汽化潜热，使得湿空气的温度降低，所以该过程也称为所以该过程也称为蒸发冷却过程。蒸发冷却过程。4.3.3. 4.3.3. 冷却
22、去湿过程：冷却去湿过程： 当湿空气温度降至其露点温度，达到饱和状态后当湿空气温度降至其露点温度，达到饱和状态后再进一步冷却，就有水蒸气不断凝结析出，湿空气再进一步冷却，就有水蒸气不断凝结析出，湿空气的含湿量随之降低，即的含湿量随之降低，即饱和湿空气的冷却过程饱和湿空气的冷却过程伴随伴随着着去湿去湿作用，所以常被称为作用，所以常被称为冷却去湿过程。冷却去湿过程。 在在焓焓- -湿湿图上，湿空气的图上，湿空气的冷却去湿过程沿着冷却去湿过程沿着 100的相对湿度线含湿量减小的方的相对湿度线含湿量减小的方向进行。过程中，湿空气向进行。过程中，湿空气T，h。 dh1212123 在冷却去湿过程中，含单位
23、在冷却去湿过程中，含单位质量干空气的质量干空气的湿空气析出的水湿空气析出的水份为份为d3-d2。由热力学第一定律。由热力学第一定律知，冷却去湿过程中，湿空气知，冷却去湿过程中，湿空气的的焓降焓降应等于应等于冷却介质带走的冷却介质带走的热量与凝结水带走的能量之和，热量与凝结水带走的能量之和，即即321331w13()()10001000wddddqhhhhhh 式中：式中：q为冷却介质带走的热量；为冷却介质带走的热量；hw为凝结水的比焓为凝结水的比焓。h212123d4.3.4. 4.3.4. 增压冷凝过程：增压冷凝过程：湿空气的初态为湿空气的初态为（p1 ,t1 , 1）,经压缩后其压力经压缩
24、后其压力达到达到p2,温度为温度为t2，则水蒸气的分压也将增大则水蒸气的分压也将增大111stspp原来：原来：22111stspppp加压后：加压后： 然后在该压力下使湿空气温度冷却到然后在该压力下使湿空气温度冷却到t2, ,与与t2对对应的水蒸气的饱和蒸气压为应的水蒸气的饱和蒸气压为ps2。若。若pst2 ps2, ,则则冷却过程必有水蒸气凝析。冷却过程必有水蒸气凝析。4.3.5. 4.3.5. 绝热混合过程：绝热混合过程： 将将两股两股或或两股以上两股以上状态不同的湿空气气流在状态不同的湿空气气流在绝热绝热条件下条件下混合，以得到满足混合，以得到满足温度温度及及湿度湿度要求的湿空气。要求
25、的湿空气。 气流绝热混合所得到的湿空气的状态，取决于混气流绝热混合所得到的湿空气的状态，取决于混合前湿空气各气流的流量及状态。合前湿空气各气流的流量及状态。d1d2m2d3m1mnmmmqqqq21nmnmmmdqdqdqdq2211 设混合前湿空气各气流的流量、含湿量及比焓分设混合前湿空气各气流的流量、含湿量及比焓分别为别为 ， ， 、d1，d2，dn 和和h1，h2，hn，而混合后湿空气的流量、含湿量及比焓为而混合后湿空气的流量、含湿量及比焓为qm, ,d及及h，则，则根据根据质量守恒定律质量守恒定律，有，有1mqmnq2mq根据热力学第一定律，有根据热力学第一定律，有nmnmmmhqhq
26、hqhq2211dh112h3h23h13131223231aahhddqhhddqd1d2qa2qa2qa3d3qa1qa1举例举例4.4 4.4 气体与蒸气的绝热节流过程：气体与蒸气的绝热节流过程： The adiabatic throttle of air and steam定义：定义： 气体或蒸汽在管道中流过突然缩小的截面气体或蒸汽在管道中流过突然缩小的截面, ,然后然后又进入截面和相同或相近的管道，而又未及与外界又进入截面和相同或相近的管道，而又未及与外界进行热量交换的过程。进行热量交换的过程。4.4.1. 4.4.1. 焦耳（焦耳（JouleJoule）- -汤姆逊（汤姆逊（Tho
27、msonThomson）效应：）效应： 18521852年年焦耳焦耳和和汤姆逊汤姆逊进行了进行了一项试验一项试验。 设某定量气体在设某定量气体在p p1 1, ,t t1 1状态下状态下所占的体积为所占的体积为V V1 1 , ,节流后在节流后在p p2 2, ,t t2 2状态下所占的体积为状态下所占的体积为V V2 2 , ,气体在左侧得到的功为气体在左侧得到的功为 p p1 1V V1 1 , ,气体在右侧对外作的功为气体在右侧对外作的功为 p p2 2V V2 2 , ,依据热力学第一定律：依据热力学第一定律：211 122QUWUUWpVp V 21HH可见绝热节流是可见绝热节流是定
28、焓过程定焓过程 特点：特点：绝热节流过程绝热节流过程前后前后的焓相等的焓相等，但但整个整个过程过程绝不是定焓过程。绝不是定焓过程。在缩孔附近，在缩孔附近，流速流速 焓焓 流体在通过缩孔时流体在通过缩孔时动能动能增加增加，压力压力下降并产生下降并产生强烈强烈扰动和摩擦扰动和摩擦。扰动和摩擦的扰动和摩擦的不可逆性不可逆性，导致导致整整个过程的不可逆性。个过程的不可逆性。不可逆性不可逆性：绝热节流前后参数的变化绝热节流前后参数的变化(1) 对理想气体对理想气体12111chp222chpchp温度温度不变不变压力压力下降下降比容比容增加增加熵熵增加增加焓焓不变不变注注:理想气体的理想气体的焓焓是是温
29、度温度的的单值函数单值函数(2) 对实际气体对实际气体节流前后节流前后焓焓不变不变,温度温度不一定不变不一定不变温度效应只与温度效应只与气体的性质气体的性质有关有关,与其与其状态状态无关无关绝热节流温度效应绝热节流温度效应热热效应效应零零效应效应冷冷效应效应温度温度降低降低温度温度不变不变温度温度升高升高 绝热节流前后气体温度变化关系，是经常用到的绝热节流前后气体温度变化关系，是经常用到的气体物理性质。气体物理性质。 由绝热节流前后由绝热节流前后dh=0和和dp的特点，其温度变化的特点，其温度变化可表示为：可表示为： ppTThd)(dhJpT)(定义表达式，其值决定定义表达式，其值决定于气体
30、的性质及状态于气体的性质及状态 由于绝热节流前后总有由于绝热节流前后总有dh=0和和dp，因此，由上二，因此，由上二式可知式可知： J 0时时， dT0制冷制冷； J 0致热致热； J0时时， dT0温度不变温度不变hpT)(绝热节流系数（焦尔绝热节流系数（焦尔- -汤姆生系数）汤姆生系数）。记作记作得到得到焦焦- -汤系数汤系数为为：pphJcvTvTpT)()(pTvTvTchppd)(dd0)()(vTvTpTcphpppThhTThpd)(d)(d将将T=f(h,p) 全微分全微分 代入焓的普遍代入焓的普遍关系式关系式 pvTvTppThhTchphppd)(d)(d)(d有有绝热节流
31、过程，绝热节流过程，dh=0及及dp0。因此上式可写为：因此上式可写为：4.5 4.5 压气机中的热力过程过程：压气机中的热力过程过程： The adiabatic throttle of compressor压气机压气机是生产压缩气体的设备，它不是动力机，是生产压缩气体的设备，它不是动力机，而是用消耗机械能来得到压缩气体的一种工作机。而是用消耗机械能来得到压缩气体的一种工作机。压气机压气机的作用的作用生活中生活中：自行车打气。：自行车打气。工业上：工业上：锅炉鼓风、出口引风、燃气锅炉鼓风、出口引风、燃气轮机、制冷空调等等轮机、制冷空调等等通风机通风机（110 kPa) 鼓风机鼓风机（1104
32、00 kPa) 压气机压气机（400 kPa)压气机的分类：压气机的分类：按工作原理和构造按工作原理和构造：容积式容积式压气机压气机 速度式速度式压气机压气机特殊引射式特殊引射式压缩器压缩器按压缩气体压力范围：按压缩气体压力范围： 从热力学观点出发，尽管活塞式和叶轮式的结构和工从热力学观点出发，尽管活塞式和叶轮式的结构和工作原理都不同，但压缩过程中气体的状态变化本质上是作原理都不同，但压缩过程中气体的状态变化本质上是一致的。一致的。本章主要内容：本章主要内容：以以活塞式压气机为重点活塞式压气机为重点，分析压缩气体生产过程，分析压缩气体生产过程的热力学特性的热力学特性4.5.1. 4.5.1.
33、活塞式压气机工作原理活塞式压气机工作原理两死点之间的距离两死点之间的距离L称为称为：行程（或冲程）：行程（或冲程）活塞活塞左右左右两极限位置称为两极限位置称为：死点：死点一次活塞扫过的体积一次活塞扫过的体积Vh称为称为：行程容积：行程容积p1p2活塞右行时压力为的活塞右行时压力为的p1低压气体通过单向吸气阀被低压气体通过单向吸气阀被吸入气缸吸入气缸pv1p1p2p1p2 活塞右行至活塞右行至右死点右死点时时吸气过程吸气过程结束。结束。 活塞左行时活塞左行时吸气阀关闭吸气阀关闭，气体因体积缩小而压力变，气体因体积缩小而压力变大，当汽缸内的压力达到排气压力大，当汽缸内的压力达到排气压力p2时，时，
34、排气阀被顶排气阀被顶开开，开始，开始排气过程排气过程，直到活塞运行到左死点为止。，直到活塞运行到左死点为止。2pv1p1p2 最理想最理想的情况是在左死点处活塞端面与气缸端面贴的情况是在左死点处活塞端面与气缸端面贴合而合而无间隙。无间隙。pv1243 活塞右行时活塞右行时吸入的气量吸入的气量为为1ehVVV 线线4-1称为吸气线。称为吸气线。注意注意：它不是热力过程线，只：它不是热力过程线，只是气体的移动过程，气体状态是气体的移动过程，气体状态不发生变化，缸内气体的数量不发生变化，缸内气体的数量发生变化发生变化 1.过程过程4-1 一一.热力过程热力过程p1p2当吸气结束，活塞向左运动时，此时
35、气体被当吸气结束，活塞向左运动时，此时气体被压缩压缩，是是热力过程热力过程。pv1243 2.过程过程1-2s2T2n21Ts2p1pT2n22p1p1pvs2 可能的压气过程可能的压气过程(3)实际压气过程是实际压气过程是 kn 1n(1)特别快，来不及换热特别快，来不及换热 snk(2)特别慢，热全散走特别慢，热全散走1n Tp1p2 3.过程过程2-3当气体被压缩到压力等于当气体被压缩到压力等于p2时，排气阀被顶开，气时，排气阀被顶开，气缸开始排气。缸开始排气。pv1243 线线2-3称为排气线。称为排气线。注意注意：它也不是热力过程线，：它也不是热力过程线，只是气体的移动过程，气体状只
36、是气体的移动过程，气体状态不发生变化，缸内气体的数态不发生变化，缸内气体的数量发生变化量发生变化 二二.余隙容积的影响余隙容积的影响原因：防止排气时，活塞与气缸壁碰撞，引起事故。原因：防止排气时，活塞与气缸壁碰撞，引起事故。压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中压气机余隙容积的存在，则余隙容积残留气体在工作中产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。产生气垫作用，增强压气机在运行中的平稳性。余隙容积余隙容积 learance volume ：空气压缩机在排气时，活塞空气压缩机在排气时，活塞位于上死点位置，它和气缸位于上死点位置，它和气缸壁保留一部分空间，这些空壁保留一部分空间，这些空
37、间叫作间叫作余隙容积，余隙容积，我们用我们用Vc来表示来表示.12压缩过程压缩过程23排气，状态未变排气，状态未变34残留气体膨胀残留气体膨胀41进新气，状态未变进新气，状态未变 1.余隙容积对整个过程的影响余隙容积对整个过程的影响pV1V3V1234eV活塞排量活塞排量行程容积行程容积h13VVV14eVVV有效吸气容积有效吸气容积CV余隙容积余隙容积4.5.2. 4.5.2. 压气功的计算压气功的计算 往复式压气机往复式压气机是是连续式连续式工作的工作的周期性动作周期性动作的热的热力设备。若忽略出口的力设备。若忽略出口的动能差动能差和和位能差位能差，则其，则其轴轴功功即为即为技术功。技术功
38、。 压缩压缩和和膨胀膨胀过程我们视为过程我们视为多变过程。多变过程。一一.理想压气功理想压气功pv1243这时压缩气体所消耗的功为面积这时压缩气体所消耗的功为面积1-2-3-412t1 1221 111211()11111nnnnpnnWpVp VpVnnppnmRTnp二二.有余隙的压气功有余隙的压气功pV1V3VCV1234eV56设设12和和43两过程两过程n相同相同功功面积面积12341面积面积12561面积面积435641132t1 144141111nnnnppnnWpVp Vnpnp1122114111() 1111nnnneppnnp VVpVnpnp三三.压气机功率压气机功率
39、若吸入状态下的体积流量为若吸入状态下的体积流量为qvem3/s,则压缩机则压缩机的功率为：的功率为：121111nntvepnNp qnp4.5.3容积效率容积效率 volumetric efficiencypV1V3VCV1234eV56 由于由于余隙容积余隙容积的存在，不仅本的存在，不仅本身起不到压气作用，而且是另身起不到压气作用，而且是另一部分气缸一部分气缸V4-V5也起不到压气也起不到压气作用，作用， 有效吸气容积有效吸气容积V1V4，总是小总是小于工作容积于工作容积Vh，工作容积不能充工作容积不能充分利用。通常用分利用。通常用容积效率容积效率V表示表示压气机工作容积的利用率。压气机工
40、作容积的利用率。h414Vhh13ecVVVVVVVVVV33VV433413133111VVVVVVVVV ChVV4334V13133111VVVVVVVVV 令令相对余隙容积相对余隙容积1132V411111nnpppp 工程上一般工程上一般0.030.08pV1V3V1234V讨论：讨论：12Vh111neVpVp 21pp（1） 一定一定， VChVV（2） 和和n一定一定，21ppV极限极限V0CV单级增压比不超过单级增压比不超过8-92max11()(1)npp4.5.4.压气机压气机气缸冷却作用气缸冷却作用s2T2n21Ts2p1pT2n22p1p1pvs2 定温过程定温过程，
41、压气机耗功最，压气机耗功最少少，温度最，温度最低低； 绝热过程绝热过程，压气机耗功最，压气机耗功最多多，温度最，温度最高高。 压缩终了，气体压缩终了，气体温度过高温度过高会引起会引起润滑油润滑油过热过热变质变质，损，损坏机器，严重时会爆炸。坏机器，严重时会爆炸。因此在因此在实际的过程实际的过程中尽量的中尽量的使使过程接近过程接近定温过程定温过程。所以。所以工程上常采用对气缸进行冷却。（夹套，散热片）工程上常采用对气缸进行冷却。（夹套，散热片）4.5.5.多级压缩和级间冷却多级压缩和级间冷却 是指是指气体气体依次在依次在几个气缸几个气缸中中连续压缩，连续压缩，(同时为了避免同时为了避免过过高的温
42、度高的温度和和减少气体的比容减少气体的比容以以降低降低下一级所下一级所消耗的功消耗的功，) 每经过每经过一次压缩一次压缩就在就在级间冷级间冷却器却器被被定压冷却至定压冷却至低温，然低温，然后进入下一级气缸继续压缩，后进入下一级气缸继续压缩，直到所需要的压力为止。直到所需要的压力为止。冷却水高压缸低压缸进气口储气罐油水分离器油水分离器123454p1ppv 省功省功2p冷却水高压缸低压缸进气口储气罐油水分离器油水分离器一，如何省功一，如何省功154p1ppv6省功省功分级分级降低出口温降低出口温多级压缩达到多级压缩达到无穷多级无穷多级(1)(1)不可能实现不可能实现(2)(2)结构复杂，机械损失
43、多结构复杂，机械损失多( (成本高成本高) )所以，一般采用所以，一般采用 2 4 级压缩级压缩T二，级数的确定二，级数的确定在在p1，,p2间压缩间压缩级数级数越多，压越多，压缩过程越接近缩过程越接近定温定温过程过程, ,越越省功省功。三，多级压缩的优点三，多级压缩的优点 1.1.排气温度低，排气温度低，各级的压缩比小，又有级间冷却各级的压缩比小，又有级间冷却器，这对安全生产很有必要。器，这对安全生产很有必要。 2.2.多级压缩较单级压缩多级压缩较单级压缩省功。省功。 3.3.多级压缩由于每一级压力小多级压缩由于每一级压力小，因而每一级的因而每一级的容积容积效率效率比单级时比单级时高，高，气
44、缸行程容积的气缸行程容积的有效利用率高。有效利用率高。 4.4.多级压缩上活塞上所受的最大气体力小。多级压缩上活塞上所受的最大气体力小。四，多级压缩的中间压力最佳值四，多级压缩的中间压力最佳值多级压缩的中间压力有最佳值，在此最佳值下，各多级压缩的中间压力有最佳值，在此最佳值下，各级压缩的总功耗最小级压缩的总功耗最小以两级压缩为例：以两级压缩为例：IIIt(n)t(n)WWW分级n-1n11n-12n1 () 11 ()1abapnmRTnppnmRTnp1ab224p1ppv2p2n-1n-12nn112()() 1aappnWmRTnpp分级11bemRTmRTpV因为：因为：代如上式代如上
45、式n-1n-12nn112()() 1aeappnWpVnpp分级0,tadWdp令得到每级最佳压力比得到每级最佳压力比2211aapppppp可证明若可证明若n级级1()npp终初Z Z级压缩机消耗的总功为级压缩机消耗的总功为n-1n11 1tenWpVn则根据上面推倒，多级压缩的第一级耗功为：则根据上面推倒，多级压缩的第一级耗功为：n-1n11 1teznWzWpVn4.6 4.6 往复式膨胀机中的热力过程：往复式膨胀机中的热力过程：4.6.1.工作过程分析工作过程分析 膨胀机膨胀机就是使气体在其内就是使气体在其内膨胀做功膨胀做功而使气体而使气体温度温度降低降低的一种设备。的一种设备。 在
46、制冷工程中，常要求气体的温度大幅度的降低。、在制冷工程中，常要求气体的温度大幅度的降低。、 往复式膨胀机的往复式膨胀机的工作原理与工作原理与往复式压气机往复式压气机的工作的工作原理原理相同，相同，只是作用只是作用相反。相反。 1.1.完全膨胀，完全压缩的工作过程完全膨胀，完全压缩的工作过程vp4132 过程过程4-1, ,吸入压力为吸入压力为p4的气体的气体 过程过程1-2, , 压力为压力为p4的气体膨胀的气体膨胀对外做功同时温度降低，直到压对外做功同时温度降低，直到压力变为力变为p2 过程过程2-3, ,排出压力为排出压力为p2的气体的气体 过程过程3-4, , 压力为压力为p2的气体被压的气体被压缩到压力为缩到压力为p42.2.实际压气机的工作过程实际压气机的工作过程 完全膨胀完全膨胀 气缸的尺寸较大气缸的尺寸较大 为了多回收功为了多回收功 不完全压缩不完全压缩vp41222”334过程过程1-2，压力为压力为p4的气体膨胀到的气体膨胀到p2过程过程2-2 ” ，配气机构使气缸与低压配气机构使气缸与低压管道连通缸内的压力降为管道连通缸内的压力降为p2”过程过程2”-3，气缸排气气缸排气过程过程3-4，配气机构关闭，气体配气机构关闭，气体不完全压缩到不完全压缩到4，过程过程4-4-1，吸入压力为吸入压力为p4的气体的气体81谢谢！谢谢！
